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カイコウラ地震 / 動的破壊シミュレーション / 地震発生 / H行列 / 地震サイクル / 高性能計算 / 高速領域分割法 / モデル / シミュレーション / 並列計算 / 地震 / 動的破壊 / 地震シーケンス / FDP / H-行列法 / 境界積分方程式法 / 境界要素法 / 北海道胆振東部地震 / Ridgecrest earthquake / 破壊 / スーパーコンピュータ

境界積分方程式法を用いた完全動的破壊シミュレーションおよび準動的地震サイクルシミュレーションに対して，高性能並列計算機（HPC）環境へのアルゴリズム最適化を行い，超大規模計算でしか実行できない現実的な地震現象のモデル化を行っている．これまで，高速
領域分割法（FDPM）に基づく動的破壊伝播シミュレーションを用いて，2016年カイコウラ（ニュージーランド）地震，2011年福島県浜通りの地震，2011年・2015年茨城県北部の地震について，断層の3次元複雑性を考慮したモデル化を行い，実際に観測された動的破壊過程の再現およびパラメタスタディによるモデル挙動の評価を実施した．また，準動的地震サイクルシミュレーションコード（HBI）に，格子H行列法の汎用ライブラリであるHACApKを実装し，超大規模並列において通常H行列の実装を凌駕する性能を持つことを示した．本コードの計算結果は，南カリフォルニア地震センターの実施する国際的なコード評価プログラムに投稿し性能評価された．さらに本手法を用いて断層形状複雑性を考慮したモデルにより余震の発生過程をシミュレートすることに初めて成功するとともに，断層の屈曲構造が地震規模の長時間統計に与える効果を一般的に明らかにした．また，中央構造線活断層帯を対象として，実際の断層における応力蓄積と地震発生過程のサイクルのモデル化を行った．さらにH行列法をこれまでの静的問題から動的問題への適用を可能とするFDP=H行列のアルゴリズム開発を行い，3次元動弾性変位波動問題に対してHACApKを拡張し実装した．本アルゴリズムの計算性能を評価したところ，近似精度と数値計算効率化の両面で期待通りの結果を得た．

近似計算 / 低ランク / H行列法 / ライブラリ / アルゴリズム / 並列計算 / 高性能計算 / ハイパフォーマンスコンピューティング / H行列 / 低ランク行列 / 行列近似 / メニーコア / GPU / Ｈ行列法 / ＧＰＵ / 低ランク行列近似

Ｈ行列法ライブラリHACApKの高機能化に関する研究を行った。H行列生成に動的負荷分散を導入し、H行列・ベクトル積計算に対してGPU向けアルゴリズムの開発・実装し、混合精度演算を導入した計算法を確立した。これらの新手法を用いた実装は、既存実装の数倍～十数倍の高速化を実現した。従来H行列に比べて効率的な演算・通信パターンを構築可能な新しい低ランク構造行列法である格子H行列法を提案した。数千プロセスを用いた実験では格子H行列・ベクトル積計算は既存実装の数十倍高速化を達成した。格子H行列に基づくLU分解法を開発し、BLR行列（単純な格子H行列）のQR分解法を開発した。これら分解手法の並列化も行った。

本研究で高機能化を行ったH行列法ライブラリHACApKは、多くの科学技術シミュレーション（超電導解析、地震波動解析、マイクロマグネティクス計算など）で利用されている。本研究の成果として、HACApKを利用している科学技術計算を、GPUなど最新アーキテクチャを搭載したスパコンにおいても効率よく行うことができるようになる。また、従来のマルチコアCPUクラスタにおいても、さらなる解析の大規模化・高速化を達成できる。HACApKはソースのWeb公開や講習会開催を通して広く普及を図っており、本研究の成果は科学技術計算の発展に大きく寄与する。

【研究分担者】
伊田明弘	国立研究開発法人海洋研究開発機構	付加価値情報創生部門(地球情報基盤センター)	副主任研究員	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
横田理央	東京工業大学	学術国際情報センター	准教授	(Kakenデータベース)
岩下武史	北海道大学	情報基盤センター	教授	(Kakenデータベース)
大島聡史	九州大学	情報基盤研究開発センター	助教	(Kakenデータベース)
平石拓	京都大学	学術情報メディアセンター	助教	(Kakenデータベース)